Tratamientos Termoquímicos

Estos tratamientos se llevan a cabo para obtener durezas elevadas, resistencia al desgaste y a la corrosión.

Cementación

Consiste en añadir carbono al acero.

Carbonitruración

Consiste en añadir carbono y nitrógeno al acero.

Nitruración

Consiste en añadir nitrógeno al acero.

Corrosión

Consiste en la destrucción progresiva de un material por un agente oxidante. Se produce en ambientes húmedos, por el contrario, la oxidación se produce en ambientes cálidos y secos.

Tipos de Corrosión

• Corrosión uniforme: Se coloca un metal en un electrólito (aire húmedo), unas zonas actúan como cátodo y otras como ánodo, cambiando de función.
• Corrosión galvánica: Tiene lugar al poner próximos dos metales que están expuestos a un electrólito (agua, aire húmedo).
• Corrosión por aireación diferencial: En un metal con grietas o rendijas, penetra la suciedad y la humedad, con lo que las zonas exteriores están más aireadas y las interiores quedan empobrecidas de oxígeno, al gastarse en la oxidación y no poder ser renovado.
• Picaduras: En una pequeña grieta donde se produce la oxidación, la superficie bajo ella se queda sin oxígeno y la corrosión profundiza.
• Corrosión intergranular: En los límites de grano precipita una segunda fase, con lo que se produce una celda galvánica.
• Corrosión por erosión: Consiste en eliminar la capa protectora de óxido que se forma en los metales. Esta eliminación se produce por el desgaste de un fluido que va por un conductor.

Protección contra la Corrosión

Tipos de Protección

• Diseño: Seleccionar adecuadamente el material y una superficie del ánodo mayor que la del cátodo. Para evitar hendiduras y grietas, conviene usar la soldadura.
• Inhibidores: Son sustancias que reaccionan con el oxígeno y lo eliminan o forman un recubrimiento protector en la superficie del material.
• Recubrimientos protectores: Se trata de aislar el ánodo y el cátodo. Se ha de realizar una limpieza antes de aplicar el recubrimiento en la superficie.
  • Metálicos: Se recubre el material con metales.
  • Orgánicos: Son las pinturas.
  • Con reacción superficial: Se produce una transformación química al reaccionar con el agente externo.
• Protección anódica o pasivación: Recubrimiento con reacción superficial. Se forma una película adherente e impermeable que evita la formación de celdas galvánicas.
• Protección catódica: Se trata de hacer que el metal que se va a proteger deje de ser ánodo para forzarlo a ser cátodo. Para ello hay dos variantes: el ánodo de sacrificio y el voltaje impuesto.
• Selección del material: Se puede emplear un material resistente a la corrosión.

Motor Térmico

Es una máquina que tiene como misión transformar energía térmica en energía mecánica para producir trabajo.

Clasificación de los Motores Térmicos

Según el Lugar de la Combustión

• Motores de combustión externa: El calor desprendido al quemarse el combustible es transmitido a un fluido intermedio, que produce la energía mecánica a través de una máquina alternativa o rotativa. Ejemplos: máquinas de vapor y turbinas de vapor.
• Motores de combustión interna: Los gases generados causan directamente, por expansión, el movimiento de los mecanismos del motor. Ejemplos: motores de explosión, motores diésel, turbinas de gas de ciclo abierto, turbohélices.

Según la Forma de Obtener Energía Mecánica

• Motores alternativos: El fluido de trabajo actúa sobre pistones dotados de movimiento alternativo de subida y bajada.
• Motores rotativos: El fluido actúa sobre pistones rotantes o sobre turbinas.
• Motores de chorro: El fluido produce el empuje por el principio de acción y reacción.

Máquinas de Combustión Externa: Máquinas Motrices de Vapor

El agua que proviene de la bomba entra en la caldera en su fase líquida, a alta presión y temperatura ambiente. En la caldera, el agua absorbe el calor producido en la combustión y eleva su temperatura hasta la ebullición, obteniéndose vapor saturado. Este vapor aumenta su temperatura en el supercalentador. Una vez que el vapor está sobrecalentado, entra en los cilindros o en la turbina, que transforman la energía térmica en energía mecánica. El vapor pasa al condensador y vuelve a estado líquido. Después, el vapor licuado va hasta la bomba, donde se eleva su presión antes de entrar de nuevo a la caldera. Si el circuito es abierto, el vapor pasa a la atmósfera y se suprime el condensador.

Motor Alternativo de Combustión Externa

Una máquina de vapor consiste en un cilindro que tiene en su interior un émbolo o pistón. El cilindro se mueve de forma alternativa gracias al vapor que llega de la caldera, transformando su movimiento lineal en rotatorio por un sistema biela-manivela, del que forma parte un volante de inercia. Por encima del cilindro se desplaza horizontalmente un distribuidor unido al volante de inercia, aunque su dirección de movimiento es en sentido opuesto al del émbolo. De este modo, cuando una zona está en contacto con la caldera, la otra zona lo está con el condensador o la atmósfera, y viceversa. Con ello se consigue el movimiento alternativo continuo.

Motor Rotativo de Combustión Externa: Turbina

El vapor se expande en una turbina. El vapor pasa a través de unas toberas donde pierde presión y gana velocidad, y el flujo incide sobre la turbina tangencialmente. La turbina está formada por un rodete que tiene insertados un conjunto de álabes (paletas), los cuales absorben la energía de la corriente produciendo la rotación del eje. Sobre el álabe se originan una serie de fuerzas, resultando del choque del vapor con él y de la acción hidrodinámica debida a la forma del álabe, que hace que el vapor circule por el extradós a más velocidad que por el intradós. Esto produce una depresión en la zona en la que el fluido va a más velocidad, con lo que el álabe hace girar la rueda en dicho sentido. Estas turbinas son utilizadas en centrales eléctricas o en propulsión de buques.

Motores de Combustión Interna

Motores Rotativos: Turbina de Gas

Se produce la combustión continua del combustible; la expansión de los gases actúa sobre una turbina. Los principales elementos de una turbina de gas son:

• Compresor: Se emplean compresores de tipo axial y radial.
• Cámara de combustión: Llega el aire comprimido y se le inyecta el combustible mediante inyectores.
• Turbina: El gas (aire con productos de la combustión) es lanzado con energía cinética contra los álabes del motor.

Motores de Combustión Interna Alternativos

Un motor alternativo transforma la energía térmica en energía mecánica mediante uno o varios pistones.

Descripción del Funcionamiento: Clasificación

El motor realiza sobre el fluido de trabajo un ciclo operativo. Este puede ser de dos tipos: ciclo de cuatro tiempos y ciclo de dos tiempos. En el ciclo de cuatro tiempos se realizarán cuatro cambios de sentido del movimiento del pistón (dos vueltas del cigüeñal).

• Primer tiempo: Admisión: El pistón, al descender desde el PMS, crea un cierto vacío en el cilindro que hace que este aspire el aire o la mezcla gaseosa combustible (según sea de inyección o no) a través de la válvula de admisión, que permanece abierta.
• Segundo tiempo: Compresión: La válvula de admisión se cierra cuando el pistón llega al PMI, momento en el cual este comienza a subir de nuevo, comprimiendo la carga hasta llegar al PMS.
• Tercer tiempo: Expansión: Instantes antes de que finalice la carrera de combustión, se produce la inflamación del combustible, con el consiguiente aumento de la presión y la temperatura. El pistón es entonces proyectado de nuevo hacia abajo, produciendo el trabajo.
• Cuarto tiempo: Escape: Una vez que el pistón ha llegado al PMI, se abre la válvula de escape, el pistón asciende y los gases de la combustión son evacuados al exterior. Cuando ha llegado al PMS, la válvula de escape se cierra y la de admisión se abre.

El ciclo de dos tiempos se realiza en dos carreras del pistón. El proceso es:

• Primer tiempo: Cuando el pistón está en el PMS se produce la inflamación. Entonces los gases se expanden hasta que el pistón abre la lumbrera de escape, por donde se evacua el gas, impulsado por la elevada presión que todavía posee. A medida que el pistón baja, comprime la mezcla del cárter y se abre la comunicación cilindro-cárter. Este fluido entra en el cilindro y termina de barrer los gases de combustión hacia la lumbrera de escape.
• Segundo tiempo: El pistón comienza a subir desde el PMI, completando la fase de barrido y admisión hasta que cierran las lumbreras de admisión y escape. En ese momento comienza la compresión hasta llegar al PMS. Al mismo tiempo, la lumbrera de admisión queda abierta y el fluido entra en el cárter.

Lubricación y Refrigeración

Es necesaria una lubricación debido al rozamiento de las piezas móviles en contacto; si no existiera esta lubricación, el material se desgastaría rápidamente por su excesivo calor, llegando al agarrotamiento o gripaje. La lubricación se realiza mediante un circuito de aceite a presión. El aceite se sitúa en el cárter y la bomba lo distribuye por todas las partes que lo necesitan. La refrigeración se realiza por aire o agua. La refrigeración por aire es usada en pequeños motores; el bloque motor está provisto de aletas que aumentan la superficie de refrigeración, mientras una corriente de aire enfría el cilindro. Esta corriente es producida mediante un ventilador o por el movimiento del vehículo. En la refrigeración por agua, los cilindros y la culata están rodeados por una cámara de agua que, al calentarse, pasa al radiador, donde se enfría por la acción de una corriente de aire que crea un ventilador.

Máquina Frigorífica

Está formada por los siguientes elementos:

• El compresor es el elemento mecánico que se encarga de aspirar los vapores fríos que provienen del evaporador a una presión baja y descargar estos vapores comprimidos a una mayor presión y temperatura a la entrada del condensador.
• El condensador es un intercambiador de calor; el fluido refrigerante cede calor al medio ambiente exterior al ir aquel con más temperatura. Pueden ser de aire o de agua.
• El evaporador permite que el fluido refrigerante absorba calor a una presión constante y a la temperatura también constante del evaporador.
• Los elementos de expansión, como la turbina, cumplen la función de reducir la presión del líquido a la salida del condensador, desde la presión de funcionamiento de este elemento hasta la existente en el evaporador, a la vez que disminuye la temperatura del líquido. En lugar de la turbina se pone una válvula estranguladora, que permite la dosificación del refrigerante. A la salida del estrangulador, el fluido es una mezcla de líquido y vapor, que será más gaseoso cuando finalice su expansión completa en el evaporador.

Sistemas de Refrigeración de Vapor

En estos sistemas se utilizan fluidos criogénicos, que son sometidos a sucesivas condensaciones y evaporaciones para conseguir el descenso de la temperatura. Como en las evaporaciones se absorbe calor, va bajando la temperatura. Por ello se emplean fluidos refrigerantes que hierven a temperaturas bajas.

Bomba de Calor

Una bomba de calor funciona igual que una máquina frigorífica; consiste en la intercambiabilidad de los focos frío y caliente.